活性炭活化方法-物理活化法

     按照活化方法的不同，活性炭的制备主要有物理活化法、化学活化法、化学物理活化法、催化活化法和模板法等工艺，其中物理活化法、化学活化法和化学-物理活化法已经得到了较广泛的工业化应用。

物理活化法

     物理法通常又称气体活化法，是将已炭化处理的原料在800～1000℃的高温下与水蒸气、烟道气（水蒸气、CO₂、N₂等的混合气）、CO₂或空气等活化气体接触，从而进行活化反应的过程。物理活化法的基本工艺过程如图1-1所示，主要包括炭化、活化、除杂、破碎（球磨）、精制等工艺，制备过程清洁，液相污染少。

     在制备过程中，具有氧化性的高温活化气体与炭发生反度，生成CO、CO₂、H₂和其他碳化合物气体，并产生孔隙，同时焦油也被除去，最终得到活性炭产品。活性炭发达的比表面积则源自中孔、微孔孔容的增加，形成的大孔、中孔和微孔的相互连接贯通。近年来也开发出不需活化气体的微波活化法和热解活化法等。由于物理法工艺流程相对简单，产生的废气以CO2和水蒸气为主，对环境污染较小，而且最终得到的活性炭产品比表面积高、孔隙结构发达、应用范围广，因此世界范围内的活性炭生产厂家中70％以上都采用物理法生产活性炭。炭化、活化过程中产生大量的余热，可满足原料烘干、余热锅炉制高温蒸汽、产品的洗涤烘干等所需热能。

图1-1 物理活化法工艺流程示意图

      物理活化的过程中会常常添加一些金属类催化剂，这些催化剂在含碳原料表面可形成活性点，降低炭与活化剂的反应活化能，从而降低活化温度，提高反应速率，形成发达的孔隙，同时，金属颗粒移动时也会产生孔道。催化剂在制备超级活性炭时可以降低活化温度，大幅提高反应的速率，还可使制得的活性炭孔径分布均匀。例如，国内专利以钙为催化剂，通过催化活化法制备的活性炭孔径集中于5～10nm，在反应过程中炭和水之间的反应活化能也下降了约20kJ／mol。日本专利则以过渡金属为催化剂，用较短的反应时间制备了比表面积约2500～3000㎡／g的活性炭。代表性的化合物主要有硝酸铁、氢氧化铁、磷酸铁、溴化铁和三氧化二铁等。虽然催化活化法制备活性炭具有上述诸多优势，但反应速度过快可能会烧穿微孔壁面，从而破坏微孔结构